CN111300465A - 一种机器人用可快速更换末端工具的接口 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，包括机器人末端接口和工具端接口；所述机器人末端接口包括驱动装置、传动装置、第一锁紧机构，以及第一电气接口；所述工具端接口包括第二锁紧机构，以及第二电气接口；所述驱动装置能够通过所述传动装置驱动所述第一锁紧机构，从而首先使所述第一锁紧机构与所述第二锁紧机构形成机械锁紧，随后所述第一电气接口与所述第二电气接口形成电气连接。本发明不需要复杂的硬件控制系统，仅需一个电机就可完成机械锁紧和电器连接，保证了其重量轻，可靠性高，同时能够满足宇航员机器人在短时间内能够快速并且可靠的更换相应的末端工具。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人用可快速更换末端工具的接口，属于机器人技术领域。
背景技术
在武警公安反恐防暴、战场作战、有害气体及核辐射等危险复杂的作业环境中，人类自身的局限性会导致其面临危险的场景，因此机器人代替人类完成某些工作可以极大地弥补人体本身的劣势并发挥机器人的优势，避免人类在危险环境中工作时受到伤害，还可以降低成本，提高工作效率。但是现有的机器人末端执行器很难完全代替人类五指手去进行各种任务，很难仅通过单独的末端进行复杂作业。
美国DARPA提出了凤凰计划，在计划中提出了一种快换接口，该接口通过三个分立驱动装置分别对接口的机械锁紧，电气连接以及力矩传递进行控制，实现工具的更换。但是，该技术采用分立设计，驱动装置过多导致接口复杂，重量大，可靠性低，无法满机器人宇航员对末端重量轻，可靠性高，方便灵活的要求。
针对上述问题，基于双臂机器人在复杂环境中进行多种作业任务的需求，本领域需要一种专用的工具接口，该接口能够满足双臂机器人在短时间内快速并且可靠的更换相应的末端工具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以快速更换末端的工具接口，目的是在复杂环境中，机器人能够根据需求快速可靠的更换相应的末端工具。
本发明的技术方案如下。
本发明第一方面提供了一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，包括机器人末端接口和工具端接口；
所述机器人末端接口包括驱动装置、传动装置、第一锁紧机构，以及第一电气接口；
所述工具端接口包括第二锁紧机构，以及第二电气接口；
所述驱动装置能够通过所述传动装置驱动所述第一锁紧机构，从而首先使所述第一锁紧机构与所述第二锁紧机构形成机械锁紧，随后所述第一电气接口与所述第二电气接口形成电气连接。
优选地，所述驱动装置包括驱动电机；所述传动装置包括梯形丝杠，所述梯形丝杠具有自锁功能。
优选地，所述传动装置还包括锥齿轮，所述驱动电机的输出轴与所述梯形丝杠垂直设置，所述驱动电机通过所述锥齿轮带动所述梯形丝杠运动。
优选地，所述驱动装置包括液压驱动装置；所述传动装置包括推杆。
优选地，所述第一锁紧结构包括滑块和固定钢球；所述第二锁紧结构包括能够容纳所述固定钢球的钢球锁紧槽；
所述滑块能够在所述驱动装置的驱动下沿垂直于接口结构端面的轴线滑动，同时将所述固定钢球沿垂直于所述轴线的方向推出。
优选地，所述滑块具有沿所述轴线方向排列的一级导向斜面、二级导向斜面，以及位于一二级斜面交界处的平面；
当所述滑块沿所述轴线滑动时，所述固定钢球在所述一级导向斜面推动下向外运动，到达所述平面时，所述固定钢球进入所述钢球锁紧槽，形成所述机械锁紧；随后所述滑块继续沿所述轴线滑动，所述第一电气接口与所述第二电气接口形成电气连接。
优选地，所述二级导向斜面能够对所述滑块限位；从而使所述滑块在所述电气连接形成后停止滑动。
优选地，所述第二锁紧结构还包括导向斜面，其能够辅助将所述机器人末端接口和所述工具端接口对接。
优选地，所述第一电气接口包括连接端子，所述第二电气接口包括弹簧探针；所述连接端子设置在所述滑块的端面上，从而在形成机械锁紧后继续滑动时，压缩所述弹簧探针，形成电气连接。
本发明第二方面提供了一种双臂机器人，包括具有末端的双臂和末端工具，所述双臂的末端能够与末端工具对接，所述末端和末端工具之间具有根据本发明第一方面中任一项所述的机器人可快速更换末端工具的接口结构。
通过以上技术方案，本发明能够取得如下技术效果。
本发明不需要复杂的硬件控制系统，仅需一个电机就可完成机械锁紧和电器连接，保证了其重量轻，可靠性高，同时能够满足宇航员机器人在短时间内能够快速并且可靠的更换相应的末端工具。
本发明的接口结构在导向过程中通过分级导向，使得接口能够在只有单个驱动结构的前提下就可以按照机械固定，电器连接的顺序分级完成。
本发明的接口结构中加入机械自锁结构，有效的避免了机器人故障或掉电过程时工具掉落的危险。
附图说明
图1是本发明的接口结构的机器人末端接口示意图。
图2是本发明的接口结构的工具端接口示意图。
图3是图1中的机器人末端接口中的传动装置示意图。
图4是一级导向斜面推动钢球运动示意图。
图5是二级导向斜面压紧钢球示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，包括机器人末端接口和工具端接口。
如图1所示，所述机器人末端接口包括驱动装置、传动装置、第一锁紧机构，以及第一电气接口。
如图2所示，所述工具端接口包括第二锁紧机构，以及第二电气接口。
所述驱动装置能够通过所述传动装置驱动所述第一锁紧机构，从而首先使所述第一锁紧机构与所述第二锁紧机构形成机械锁紧，随后所述第一电气接口与所述第二电气接口形成电气连接。
在一优选的实施方式中，所述驱动装置包括驱动电机；所述传动装置包括梯形丝杠，所述梯形丝杠具有自锁功能。
如图3所示，在一优选的实施方式中，所述传动装置还包括锥齿轮，所述驱动电机的输出轴与所述梯形丝杠垂直设置，所述驱动电机通过所述锥齿轮带动所述梯形丝杠运动。
由于本发明的机器人用可快速更换末端工具的接口结构的驱动系统采用锥齿轮加梯形丝杠，由减速电机带动锥齿轮及丝杠进行运动，所以能够保证在机器人使用过程中突然掉电时能保证自锁，增加接口的可靠性。
虽然以上实施方式中，本发明的驱动装置使用了驱动电机、传动装置使用了具有自锁功能的梯形丝杠，然而本发明并不局限于此。本领域技术人员能够理解，所述驱动装置还可以使用其它能够驱动滑块移动的具有自锁功能的形式，诸如驱动装置使用液压驱动装置，传动装置使用推杆。
在一优选的实施方式中，所述第一锁紧结构包括滑块和固定钢球；所述第二锁紧结构包括能够容纳所述固定钢球的钢球锁紧槽；
所述滑块能够在所述驱动装置的驱动下沿垂直于接口结构端面的轴线滑动，同时将所述固定钢球沿垂直于所述轴线的方向推出。
在一优选的实施方式中，所述滑块具有沿所述轴线方向排列的一级导向斜面、二级导向斜面，以及位于一二级斜面交界处的平面。
在一优选的实施方式中，所述第二锁紧结构还包括导向斜面，其能够辅助将所述机器人末端接口和所述工具端接口对接。
在一优选的实施方式中，所述第一电气接口包括连接端子，所述第二电气接口包括弹簧探针；所述连接端子设置在所述滑块的端面上，从而在形成机械锁紧后继续滑动时，压缩所述弹簧探针，形成电气连接。
下面说明本实施例的一种机器人可快速更换末端工具的接口结构的对接过程。
在对接过程中，机器人末端接口与工具端接口共轴结合之后，驱动电机通过锥齿轮带动丝杠运动，导致内部滑块下移，同时所述滑块的一级导向斜面与固定钢球相接触。当所述滑块沿所述轴线滑动时，所述固定钢球在所述一级导向斜面推动下向外运动，到达所述平面时，所述固定钢球进入所述钢球锁紧槽，形成所述机械锁紧，如图4所示。
随后，所述滑块继续沿所述轴线滑动，所述第一电气接口与所述第二电气接口形成电气连接。所述二级导向斜面能够对所述滑块限位；从而使所述滑块在所述电气连接形成后停止滑动，如图5所示。
根据本发明的一种机器人可快速更换末端工具的接口结构的对接过程通过二级导向的方式将机械和电器连接分开，保证了其先后顺序，避免了在未锁紧的状态下完成电气连接，增加了装置可靠性。
实施例2
本实施例提供了一种双臂机器人，包括具有末端的双臂和末端工具，双臂的末端能够与末端工具对接，所述末端和末端工具之间具有根据本发明实施例1中任一项所述的机器人可快速更换末端工具的接口结构。
与现有技术相比可知，现有的接口都是通过分立的驱动装置进行驱动，系统复杂，造成接口体积大，重量大，可靠性低，无法满足机器人宇航员的要求。本发明仅使用一个电机完成了机械和电气的连接，通过分离导向面的方式避免了在未锁紧的状态下完成电气连接，增加了装置可靠性。
Claims (10)
1.一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，包括机器人末端接口和工具端接口；
所述机器人末端接口包括驱动装置、传动装置、第一锁紧机构，以及第一电气接口；
所述工具端接口包括第二锁紧机构，以及第二电气接口；
所述驱动装置能够通过所述传动装置驱动所述第一锁紧机构，从而首先使所述第一锁紧机构与所述第二锁紧机构形成机械锁紧，随后所述第一电气接口与所述第二电气接口形成电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机；所述传动装置包括梯形丝杠，所述梯形丝杠具有自锁功能。
3.根据权利要求2所述的一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述传动装置还包括锥齿轮，所述驱动电机的输出轴与所述梯形丝杠垂直设置，所述驱动电机通过所述锥齿轮带动所述梯形丝杠运动。
4.根据权利要求1所述的一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述驱动装置包括液压驱动装置；所述传动装置包括推杆。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述第一锁紧结构包括滑块和固定钢球；所述第二锁紧结构包括能够容纳所述固定钢球的钢球锁紧槽；
所述滑块能够在所述驱动装置的驱动下沿垂直于接口结构端面的轴线滑动，同时将所述固定钢球沿垂直于所述轴线的方向推出。
6.根据权利要求5所述的一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述滑块具有沿所述轴线方向排列的一级导向斜面、二级导向斜面，以及位于一二级斜面交界处的平面；
当所述滑块沿所述轴线滑动时，所述固定钢球在所述一级导向斜面推动下向外运动，到达所述平面时，所述固定钢球进入所述钢球锁紧槽，形成所述机械锁紧；随后所述滑块继续沿所述轴线滑动，所述第一电气接口与所述第二电气接口形成电气连接。
7.根据权利要求6所述的一种机器人用可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述二级导向斜面能够对所述滑块限位；从而使所述滑块在所述电气连接形成后停止滑动。
8.根据权利要求5所述的一种机器人可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述第二锁紧结构还包括导向斜面，其能够辅助将所述机器人末端接口和所述工具端接口对接。
9.根据权利要求1所述的一种机器人可快速更换末端工具的接口结构，其特征在于，所述第一电气接口包括连接端子，所述第二电气接口包括弹簧探针；所述连接端子设置在所述滑块的端面上，从而在形成机械锁紧后继续滑动时，压缩所述弹簧探针，形成电气连接。
10.一种双臂机器人，包括具有末端的双臂和末端工具，所述双臂的末端能够与末端工具对接，其特征在于，所述末端和末端工具之间具有根据权利要求1-8中任一项所述的机器人可快速更换末端工具的接口结构。
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